融媒體制作系統(tǒng)在重大體育賽事中的應(yīng)用

陳 劍

（福建省廣播影視集團，福建 福州 350001）

0 引言

第31 屆世界大學生夏季運動會（以下簡稱大運會）對開閉幕式及18 個競賽項目共29 個場館的公用信號采用“全4K”制作。國際廣播中心（International Broadcast Centre，IBC）位于東安書院，為各持權(quán)轉(zhuǎn)播商（Rights Holding Broadcaster，RHB）提供線上線下廣播電視服務(wù)。主轉(zhuǎn)播機構(gòu)采用中央廣播電視總臺（以下簡稱總臺）技術(shù)局“云、邊、端”的技術(shù)架構(gòu)，搭建出一套具備混合多級云架構(gòu)、后臺服務(wù)虛擬化、云網(wǎng)一體化的融媒體制作系統(tǒng)。云側(cè)依托公有云資源建立起輕量化、移動化的主播機構(gòu)云媒體服務(wù)平臺，為全球持權(quán)媒體提供更加便捷高效的云上媒體分發(fā)服務(wù)。邊側(cè)利用微服務(wù)容器化部署方式，為主轉(zhuǎn)播機構(gòu)（以下簡稱IBC）側(cè)就近提供靈活、可彈性擴展、高可用的虛擬化后臺服務(wù)。端側(cè)提供多種融合編輯制作工具，滿足超高清、新媒體生產(chǎn)需求。融媒體制播系統(tǒng)主體分為兩部分，一部分為IBC 本地服務(wù)，一部分為云媒體服務(wù)平臺。本文重點論述融媒體制作系統(tǒng)本地服務(wù)。

1 融媒體超高清制播系統(tǒng)（本地服務(wù)）

本次成都大運會融媒體制播系統(tǒng)（本地服務(wù)端）主要由收錄系統(tǒng)、場記系統(tǒng)、超高清節(jié)目編輯制作系統(tǒng)、融媒體制作系統(tǒng)后臺服務(wù)器和存儲系統(tǒng)組成，服務(wù)主要涵蓋信號收錄服務(wù)、場記服務(wù)、超高清融合媒體編輯制作服務(wù)、賽事集錦傳送服務(wù)、超高清融合媒體一體化后臺服務(wù)、歸檔服務(wù)、核心存儲服務(wù)等多個核心業(yè)務(wù)模塊[1]。融媒體超高清制作網(wǎng)拓撲如圖1 所示。

圖1 融媒體超高清制作網(wǎng)拓撲圖

1.1 信號收錄系統(tǒng)

作為國內(nèi)首次全程采用4K 超高清信號轉(zhuǎn)播的大型體育賽事，成都大運會融媒體制作系統(tǒng)對全部公共信號進行4K 超高清信源收錄及高清收錄，最大并發(fā)24 路。4K 主收錄采用全新的ST 2110 標準網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）化交接方式，備收錄采用傳統(tǒng)串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）交接方式，高清主備收錄延續(xù)傳統(tǒng)SDI交接方式。本次成都大運會采用主備異構(gòu)收錄系統(tǒng)，主收錄共配置12 臺4K 收錄服務(wù)器（2 通道）、7 臺高清收錄服務(wù)器（4 通道）、2 臺8K 收錄服務(wù)器（1 通道）以及2 臺編單工作站。收錄系統(tǒng)具有以下特點。

（1）收錄服務(wù)對多種信號源實時收錄，實現(xiàn)8K、4K 及高清信號的采集、存儲。高清收錄采用高、中、低三編碼進行收錄，4K 收錄采用高、低兩碼率進行收錄，低碼為H.264 MP4 4 Mb·s-1，用于同步到云平臺，提供云上檢索和移動化剪輯使用[2]。詳細編碼格式如表1 所示。

表1 文件編碼對應(yīng)表

（2）收錄系統(tǒng)支持收錄信號邊采集、邊遷移、邊編輯。收錄系統(tǒng)每10 min 封裝一次收錄信號。編輯可在非編軟件中實時對收錄中的任務(wù)進行編輯和優(yōu)化生成，無須等待文件收錄完畢或者整個文件封口后再進行編輯工作。

（3）4K 收錄可支持色彩空間和伽馬參數(shù)設(shè)置，支持高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）信號收錄，為制作提供色彩元數(shù)據(jù)，解決了超高清制作流程中的色彩問題[3]，為世界各地的觀眾獻上頂尖的視覺體驗。

（4）收錄系統(tǒng)支持對運行的主備收錄核心服務(wù)及進程進行監(jiān)控、預(yù)警并主動向上級管理平臺以明文方式上報。當收錄信源出現(xiàn)中斷、無聲、靜幀情況，收錄系統(tǒng)主動向“系統(tǒng)監(jiān)控服務(wù)軟件”報警。

1.2 場記系統(tǒng)

場記系統(tǒng)實現(xiàn)了公共信號場記信息的實時錄入[3]。主播機構(gòu)提供20 臺場記工作站（含20 套信號監(jiān)看設(shè)備），滿足賽事高清（High Definition，HD）素材的場記錄入需求。場記點與畫面幀精度對齊制作系統(tǒng)可準實時檢索場記信息。對于錄像機收錄，提供基于素材的離線場記錄入功能。離線場記支持同步至云媒體服務(wù)平臺。場記系統(tǒng)具有以下特點。

（1）支持通過場記內(nèi)容檢索對應(yīng)媒體素材片段，支持內(nèi)容庫中的預(yù)覽界面通過場記點定位直接定位至媒體素材畫面。

（2）支持在超高清非線性剪輯軟件中查看場記點，拖拽場記點對應(yīng)素材片段上線，并支持對上線的片段首尾拖拽。

（3）支持場記點同步至云媒體服務(wù)平臺，與收錄系統(tǒng)中低碼率耦合，作為云端檢索關(guān)鍵詞進行檢索。

1.3 超高清融媒體編輯制作系統(tǒng)（前端客戶端）

融媒體編輯制作是整個融媒體中心的主要業(yè)務(wù)。為滿足公共信號精彩集錦制作、播出以及持權(quán)轉(zhuǎn)播商的節(jié)目制作下載需求，本系統(tǒng)在現(xiàn)場提供多種編輯制作終端供用戶選擇使用。具體終端類型如下。

1.3.1 超高清編輯制作服務(wù)終端

現(xiàn)場共計20 臺4K/HD 全兼容非線性編輯制作終端和16 臺虛擬化4K/HD 全兼容非線性編輯制作終端，主要用于節(jié)目編輯制作使用。這些終端支持多層、多格式、高低碼率視音頻素材的實時混編和多層特技實時處理，與收錄服務(wù)緊耦合，支持“邊采集、邊遷移、邊編輯”，有效提升節(jié)目制作效率[4]。

1.3.2 上下載服務(wù)終端

上下載服務(wù)終端用于對藍光、P2、移動硬盤等介質(zhì)中的素材進行挑選、編輯、上載，將大量素材挑選和單軌編輯類的簡單工作放置在前端完成，達到節(jié)省存儲資源和提高生產(chǎn)效率的目的；同時提供介質(zhì)下載服務(wù)，可實現(xiàn)導(dǎo)出功能，將制作成品文件合成下載并直接移動至存儲介質(zhì)。

1.3.3 遠程素材挑選終端

遠程素材挑選終端主要用于持權(quán)轉(zhuǎn)播商在IBC挑選下載素材。挑選終端中部署超高清非線性編輯工具，用戶可通過遠程素材挑選終端挑選素材下載至挑選終端的本地存儲空間，通過安全隔離設(shè)備拷貝下載素材至移動存儲介質(zhì)。遠程素材挑選終端也可作為云媒體平臺的挑選下載站點，滿足用戶隨時隨地進行素材挑選及多位編輯人員同時挑選的應(yīng)用場景。

1.3.4 文件化播出服務(wù)終端

文件化播出服務(wù)終端主要用于公共信號精彩集錦的信號播送，采用賽事節(jié)目管理系統(tǒng)進行視頻制作和串聯(lián)單編輯。主播機構(gòu)集錦制作團隊使用編輯制作服務(wù)終端推送成品節(jié)目至播出服務(wù)終端播出，播出服務(wù)終端采用主備聯(lián)動方式播出，并支持在播出服務(wù)終端側(cè)對待播節(jié)目再次進行播出順序調(diào)整。

1.4 融媒體一體化后臺

后臺服務(wù)一直是系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)的大腦。本次后臺服務(wù)器部署采取基于容器化的方案來實現(xiàn)，即物理服務(wù)器+虛擬軟件+容器平臺。融媒體一體化后臺服務(wù)采用微服務(wù)的分層體系，由基礎(chǔ)資源層、平臺服務(wù)層及業(yè)務(wù)應(yīng)用層共同構(gòu)成。系統(tǒng)服務(wù)平臺的軟件結(jié)構(gòu)以后臺服務(wù)為支撐，通過多種底層引擎的支持，為上層應(yīng)用提供多種業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊。通過建設(shè)基礎(chǔ)資源池，實現(xiàn)了對虛擬機、主機集群、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源及上層應(yīng)用服務(wù)進行統(tǒng)一的部署、分配、調(diào)度、監(jiān)控及管理，并具備便捷的擴展能力。通過建設(shè)公共服務(wù)平臺層滿足業(yè)務(wù)支撐服務(wù)體系，為各工具集提供開展各項業(yè)務(wù)的支撐服務(wù)。通過建設(shè)業(yè)務(wù)應(yīng)用層滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。采用微服務(wù)架構(gòu)，具有以下優(yōu)點：

（1）每個服務(wù)可以進行任意擴展，部署更為靈活，能夠有效提升資源利用率；

（2）可以針對每個服務(wù)進行單獨修改，滿足用戶需求，使業(yè)務(wù)創(chuàng)新更便捷；

（3）可靠性和容錯性更高，不會因為某一個服務(wù)的故障導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，服務(wù)與服務(wù)之間不會互相影響；

（4）系統(tǒng)不會被限制在某個技術(shù)棧上，每個微服務(wù)模塊可以根據(jù)特性選擇最適合的技術(shù)棧；

（5）微服務(wù)架構(gòu)可進行持續(xù)性部署。

融媒體制作網(wǎng)系統(tǒng)軟件服務(wù)如圖2 所示。

圖2 融媒體超高清制作網(wǎng)軟件服務(wù)示意圖

本次大運會融媒體制作技術(shù)系統(tǒng)中，后臺服務(wù)采用全云原生框架，以平臺服務(wù)+工具的思路構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng)。后臺系統(tǒng)服務(wù)高度解耦，基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)具有良好的彈性和容錯性[4]。

本系統(tǒng)中，核心服務(wù)沒有單一的調(diào)度指揮和數(shù)據(jù)庫中心，每一個節(jié)點都是平等的（即每個節(jié)點都可以通過競選成為vip 節(jié)點，負責請求調(diào)度），同時提供計算資源和存儲資源，所有節(jié)點都可以自動去尋找接收任務(wù)。傳統(tǒng)的負載均衡架構(gòu)中，如果某一節(jié)點（如轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器）出現(xiàn)故障，會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓無法使用。而在本系統(tǒng)中，單一節(jié)點出現(xiàn)故障后，當前節(jié)點中正在執(zhí)行的任務(wù)會超時處理，隨即可重做再分配給其他節(jié)點。故障節(jié)點則自動從負載均衡轉(zhuǎn)發(fā)列表移出，避免單一調(diào)度中心失效導(dǎo)致的核心服務(wù)停止，保證整個集群高可用。為了保證主轉(zhuǎn)播機構(gòu)融媒體制作系統(tǒng)的整體安全，邊緣節(jié)點部署整套主轉(zhuǎn)播機構(gòu)系統(tǒng)邊緣節(jié)點雙活后臺服務(wù)，主轉(zhuǎn)播機構(gòu)本地主服務(wù)數(shù)據(jù)1 ∶1 寫入雙活系統(tǒng)。當主轉(zhuǎn)播機構(gòu)的本地系統(tǒng)出現(xiàn)整體故障，收錄、場記、編輯站點可直接接入邊緣節(jié)點后臺服務(wù)，繼續(xù)開展相關(guān)業(yè)務(wù)。

1.5 核心存儲

成都大運會信號為超高清制作，超高清文件具有單體文件容量大、碎片文件數(shù)量多、并發(fā)吞吐量高、高帶寬持續(xù)讀寫時間長等特點。本次賽事使用分布式存儲系統(tǒng)，配套相應(yīng)的存儲服務(wù)，保障賽事期間收錄素材的在線存儲量和讀寫帶寬。系統(tǒng)的帶寬估算如表2 所示。網(wǎng)絡(luò)帶寬的極限峰值可能達到7 460 Mb·s-1，根據(jù)冗余思維策略，預(yù)估帶寬在10 Gb·s-1。

表2 帶寬估算表

分布式存儲具有以下優(yōu)點。

（1）支持媒體文件偏移讀寫方式，即獲取文件信息后，通過對視音頻的理解按偏移位置進行文件讀取，解決視音頻合一素材的按需高效訪問，實現(xiàn)媒體文件的快速SEEK 操作。

（2）支持“超高清融合媒體編輯制作服務(wù)”中各類型編輯終端接入，提供并發(fā)讀寫I/O 和媒體文件偏移讀寫支持；支持超高清融合媒體一體化后臺服務(wù)、“歸檔服務(wù)”中后臺轉(zhuǎn)碼、管理和歸檔終端接入，提供可靠的并發(fā)讀寫I/O。

（3）IBC 融媒體制作系統(tǒng)設(shè)備支持通過通用網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)協(xié)議（Common Internet File System，CIFS）、Samba、文件傳輸協(xié)議（File Transfer Protocol，F(xiàn)TP）等協(xié)議訪問核心存儲服務(wù)，實現(xiàn)對8K/4K/HD節(jié)目素材文件的高速讀寫操作和8K/4K/HD 媒體內(nèi)容的高性能存儲。

（4）提供對存儲系統(tǒng)各個參數(shù)的實時監(jiān)測，支持以Web 或其他圖形化方式進行遠程管理。管理界面內(nèi)可查看各個存儲池的信息，包括冗余策略、所屬硬盤池、數(shù)據(jù)健康度和狀態(tài)等，支持對硬盤容量、硬盤負載、內(nèi)存占用、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）占用的監(jiān)控。

數(shù)據(jù)的安全性一直是重中之重，本次轉(zhuǎn)播采用14節(jié)點分布式存儲方案，采用原始數(shù)據(jù)（Original Data Count，ODC）+冗余數(shù)據(jù)（Redundant Data Count，RDC）模式保證數(shù)據(jù)安全。本系統(tǒng)糾刪碼設(shè)置為4（原始數(shù)據(jù)分塊個數(shù)）+2（冗余數(shù)據(jù)分塊），即素材文件將被分為4 份數(shù)據(jù)文件和2 份校驗文件存儲[5]。單節(jié)點允許2 塊硬盤同時發(fā)生故障、1 座節(jié)點離線，不丟數(shù)據(jù)。在硬盤出現(xiàn)故障時，將根據(jù)校驗文件進行數(shù)據(jù)計算和修復(fù)，速度為每小時2 TB。數(shù)據(jù)修復(fù)完成時，插入備件硬盤即可。

2 云媒體服務(wù)平臺

本次轉(zhuǎn)播IBC 借力天翼云網(wǎng)技術(shù)，部署了主要面對新媒體用戶的應(yīng)用服務(wù)，支持移動化的節(jié)目制作、合成、傳輸，用于持權(quán)轉(zhuǎn)播商和電子新聞采集（Electronic News Gathering，ENG）制作團隊上載拍攝素材并進行ENG 賽事內(nèi)容制作，融媒體制作系統(tǒng)內(nèi)收錄素材通過10 Gb·s-1傳輸專線自動同步代理碼率文件至云媒體平臺內(nèi)容庫；同時，與之對應(yīng)的媒體元數(shù)據(jù)、場記內(nèi)容、智能分析標志等信息一并同步至云媒體平臺，支持在公有云媒體服務(wù)平臺上對收錄素材進行瀏覽、檢索、智能檢索；提供云端打點挑選、下載素材功能。

云媒體平臺具備輕量化編輯工具，可針對平臺內(nèi)容庫素材進行云端剪輯和合成等操作，合成文件可用于新媒體視頻稿件分享。剪輯工具支持橫豎屏編輯。剪輯完成后，可合成至云媒體服務(wù)平臺內(nèi)容庫，并支持下載至個人本地設(shè)備，滿足用戶不同場景下需求。

主播機構(gòu)在邊緣節(jié)點側(cè)部署4 節(jié)點虛擬化編輯站點，基于硬件虛擬化技術(shù)和遠程投射技術(shù)，充分利用邊緣節(jié)點資源彈性能力，以工具集方式集中部署，實現(xiàn)遠程超高清制作能力。IBC 融媒體制作系統(tǒng)和邊緣節(jié)點側(cè)通過運營商專線互聯(lián)，非線性編輯工具可直接訪問融媒體制作系統(tǒng)內(nèi)素材。用戶側(cè)可通過有線網(wǎng)絡(luò)遠程訪問系統(tǒng)，并通過輕量化終端接入、使用邊緣節(jié)點側(cè)超高清非線性編輯工具對節(jié)目進行制作。系統(tǒng)支持4K/HD 節(jié)目混合編輯并將編輯成果直接合成下載至終端本地，支持第二屏遠程高碼率監(jiān)看，實現(xiàn)編輯工具的輕量化和移動化。同時，在邊緣節(jié)點資源池部署核心后臺服務(wù)，與IBC形成異地雙活后臺節(jié)點，當IBC 后臺核心制作服務(wù)出現(xiàn)重大事故，可切換到邊緣云的后臺服務(wù)，保證直播系統(tǒng)正常運行，不影響節(jié)目制作，做到異地災(zāi)備。邊緣云結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 邊緣云結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)新興媒體的崛起，電視體育報道邁向了多渠道、多平臺的融媒體時代。如何讓技術(shù)更好地服務(wù)于融媒體報道，是電視技術(shù)人應(yīng)該深入思考的問題。融媒體超高清制作系統(tǒng)的建設(shè)不應(yīng)該只局限于如何提高質(zhì)量圖像，保證節(jié)目穩(wěn)定性，應(yīng)該更多地切合實際需求，進行技術(shù)創(chuàng)新，在保證公共信號穩(wěn)定性的同時，多點開花，滿足新媒體的需求，為融媒體的宣傳提供有力的保障。